JP4100722B2

JP4100722B2 - ジャイロ計器を走査する方法および同方法を利用するジャイロ計器

Info

Publication number: JP4100722B2
Application number: JP18999995A
Authority: JP
Inventors: ハイノ・ホフマン; ヴォルフガング・スケルカ; ウルフ・バイ
Original assignee: ライテオン・マリーネ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2015-07-26
Also published as: DE59508483D1; DE4426293A1; EP0694759B1; NO952911L; DE4426293C2; NO952911D0; KR100274304B1; NO313474B1; JPH0861957A; EP0694759A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジャイロ計器を走査する方法、および同方法を利用するジャイロ計器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジャイロ計器は、従来からある技術である。Wolf von Fabeck による「Kreiselgeraete」（ジャイロ計器）、Vogel-Verlag Wuerzburg (1980) と題する本が、特に２５５〜３１８頁に、理論的基礎および具体的なジャイロシステムを明記している。
【０００３】
ジャイロ計器の問題点は、ジャイロシステムにおけるデータの収集である。標準的な設計は、一群のセンサと、ブリッジ回路によって走査される回転するジャイロスコープとからなり、コース変更の場合に、走査アセンブリが、例えばステップモータによってジャイロシステムに追随する。コースを表示および出力するため、一般に角値が適当な手段によって周辺機器に伝送される。適切なジャイロ計器は、西独特許第１４７３８９１号公報および西独特許第３０１１７２７号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、ジャイロ計器に用いるための方法および同方法によって作動するジャイロ計器を設計して、歯車のゆるみなしにジャイロデータのデジタル化を可能にすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明に従って、ジャイロ計器を走査する方法において、ジャイロデータの収集を真角走査によって実施するという、請求項１記載の特徴を含む、ジャイロ計器に用いるための方法、および同請求項の特徴を有するジャイロ計器によって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態および発明の効果】
ジャイロ計器を走査するための本発明の方法は、真角評価によって直接的にジャイロデータを収集することを初めて可能にする。この真角評価は、電気光学的、電磁的あるいは誘導的に実施することができる。真角走査によって収集されたデータは、他の機器への直列伝送または並列伝送を可能にする。
【０００７】
正しいデータ伝送を保証するためには、受信装置により、伝送されたデータをジャイロ計器の真角評価ユニットに照合して、エラーの場合に、伝送に成功するまで再出力しうるようにすべきである。これが当てはまらないならば、特定期間の後に、受信ユニット、ジャイロ計器またはその他で、信号がオペレータに警告を発するであろう。
【０００８】
ジャイロ周辺機器とも呼ばれる受信機器は、アナログおよび／またはデジタルデータ表示が可能であるべきである。
【０００９】
真角評価に適するジャイロ計器には、ジャイロ計器の動きを直接評価するための走査システムを設けなければならない。
【００１０】
このような走査は、ジャイロスコープのジャイロ球体（フロート）で直接実施してもよいし、そうでなければ、ジャイロ球体の動きが、適切なシステムによる走査を可能にしなければならない。
【００１１】
このようなシステムは、例えば、走査アセンブリの動きを、真角コード化ディスク（例えばグレイコードによる）に直接伝送する玉継手（１０、１０ａ）のようなたわみ軸の動きに基づくことができる。この場合、逆転接点または切換え接点が、その制御信号をブリッジ回路から受信するモータにより追跡されるブリッジ回路によって、互いに接続される。
【００１２】
本発明の他の利点および詳細を、添付された図１および図２に記載する手段により、以下に開示する。
【００１３】
図１は、角度をジャイロ球体から直接得るものではないジャイロ計器を示す図である。
【００１４】
図２は、角度をジャイロ球体から直接（追跡なしに）得るジャイロ計器を示す図である。
【００１５】
図３は、ジャイロ計器および周辺機器を示す図である。
【００１６】
図１に示すジャイロ計器（１）は、球形のフロート（２）が、北を指すジャイロシステムと、電気的に駆動される２個のジャイロロータとを含むコンパスである。従来技術によると、このフロート（２）は、その極に電極面（３、４）を含み、その赤道に導電帯（５）を含む。このフロートは、フロートの周囲に配設された電極面（３、４、７、８）の間の狭い間隙を満たす電解液（６）の中に浮いており、後者の電極面（７、８）は、フロート（２）を包囲する仮想球体(phantom sphere ; Huelle) （９）に配設されている。図１に示す実施態様においては、この仮想球体（９）は、同軸上に配設された、下側のほぼ半球形の部分（９ａ）と、上の球形のキャップ形部分（９ｂ）とからなる。仮想球体（９）の両部分（９ａ、９ｂ）は、電解液（６）で満たされた球形の囲い(enclosure) の内側面に囲い込まれている。アセンブリ全体は、垂直軸（１３）を中心に回転するように軸支され、アンチロール・アンチピッチ玉継手（１０、１０ａ）（懸垂継手）を有している。
【００１７】
追跡モーメントは、耐ねじれ性で角のある軟質ベロー（１９）によって伝送される。フロート（２）の電極面（３、４）および仮想球体（９）の電極面（７、８）を通過する電流が、支持体（１２）に配設されたサーボモータ（１４）を、先に開示された方法で制御して、仮想球体（９）が、その垂直軸を中心にフロートを追跡するようする。そこで、導電帯（５）が２個の切換え接点（１５、１６）によって走査され、得られる信号があるならば、ブリッジ回路（図示せず）において比較される。フロート（２）の回転によって信号がブリッジ回路に発されるならば、モータ（１４）が仮想球体（９）内の２個の切換え接点（１５、１６）を、ブリッジ回路が信号を発しなくなるまで回転させる（西独特許第１４７３８９１号公報に相当）。
【００１８】
コース変更が起こると、球形のフロート（２）はその位置を維持し、切換え接点（１５、１６）が、モータ（１４）により、例えばＶベルト（１８）およびディスク（１７）を含む歯車ユニットを介して、フロート（２）の動きを追跡する。これら２個の切換え接点（１５、１６）はブリッジ回路によって互いに電気的に接続されている。ブリッジ回路の出力信号がゼロになると、電気モータ（１４）は停止する。このモータ（１４）は、仮想球体（９）に対するフロート（２）の動きをこのように伝送するステップモータまたはＤＣモータであることができる。仮想球体（９）は、弾性ベロー（１９）によって駆動ディスクに直接接続されている。軸（２０）が駆動ディスク（１７）の中心から上に突出し、この管延長部の上に走査ディスク（２１）が設けられている。走査ディスク（２１）（例えば、グレイコードによってコード化されたディスク）は、電気光学的、誘導的あるいは容量的に走査することが適当である。
【００１９】
軸（２０）の下端には玉継手が配設されている。切換え接点（１５、１６）を包含する仮想球体アセンブリ（９）の懸架および取付けは、西独特許第３０１１７２７号公報に詳細に記載されている。西独特許第３０１１７２７号公報に開示されているように、走査ディスク（２１）と仮想球体（９）との間に非常に高い軸方向の剛性を達成し、それでいて、仮想球体（９）の回転動およびロール動を相殺する。
【００２０】
真角エンコーダ（２１、２２ａ、２２ｂ）による走査（解像度２¹²〜２¹⁶）の原則が、電気光学的手段、電磁的手段、誘導的手段、容量的手段などによる、ジャイロ計器（１）の真角評価を可能にする。信号は、電気ユニット（２３）によって例えばジャイロ周辺機器（２５）に送ることができる真角信号を含む。これを図３に示す。
【００２１】
方位評価（コース角測定）に基づく図１に示すジャイロスコープ（１）は、走査ディスク（２１）（好ましくはグレイコード、電気光学的、電磁的手段、容量的または誘導的）を含む適当な高解像度の真角エンコーダ（２１、２２ａ、２２ｂ）を少なくとも包含しなければならない（走査ディスク（２１）上に適当な目盛板を含む真角計測は従来技術から周知である）。このエンコーダは、玉継手（１０、１０ａ、１０ｂ）により、その軸（２０）（西独特許第３０１１７２７号公報に開示されたとおり）に直接取り付けられている。その結果、真角は、エンコーダ（２１、２２ａ、２２ｂ）を軸（２０）に直接フランジ状に接続することにより、ジャイロシステムの３６０°軸上で計測される。
【００２２】
液体軸受け手段（６）の中央に配された非接触ジャイロシステム（２）（西独特許第１４７３８９１号公報に開示されたとおり）は、玉継手（１０、１０ａ、１０ｂ）の下方に直接結合されている。ジャイロシステム（２）が適切に走査されると（西独特許第１４７３８９１号公報に開示された切換え接点、導電帯、ブリッジ回路）、乗り物がそのコースを変更した場合、走査アセンブリが、例えばステップモータ（１４）により、ジャイロシステムに対して追跡される。
【００２３】
角センサ（２１）と走査アセンブリとの、このタイプの直接的な結合は、以下を特徴とするコース決定を可能にする。
【００２４】
歯車ユニットによって生じる伝送誤差を除き（非歯車、歯ピッチ精度）、評価精度を相当に高めることができる。
【００２５】
下流側のデジタル電子システムにより、速やかに処理することができ、低コストである直列または並列の出力信号を供給する。
【００２６】
角データは、誤差がない（すなわち、機械的調節および／または主電源故障の後、誤差のない角データが提供される）。
【００２７】
周辺機器（２５）（例えばレピータコンパス、自動制御システム、レーダーシステム、位置受信機など）がフェイルセーフ信号を受け、そのために脱同期化を防ぐ。コース決定が歯車ユニットなしで明確かつ真に実施され、例えば主電源故障、機械的調節または同様な事象ののち、明確な角情報をただちに提供する。周辺機器（２５）は、明確な真の方法で直列または並列の制御を受ける。
【００２８】
本発明の概念の図１に示す実施態様とは対照的に、図２に示すジャイロ計器（１０１）の真角データは、フロート（１０２）に直接適用される。この目的のため、フロート（１０２）は、互いに対して９０°に配設された２個の目盛板（１２４、１２６）を含む。このとき、一方の目盛板（１２４）はフロート（１０２）の赤道の周囲に配設されていることが好ましい。この配設においては、目盛板（１２４、１２６）の走査は、ＣＣＤセンサ（１１５、１１６）および直列に接続された適切な光学システムにより、真の方法で実施することが好ましい。
【００２９】
フロート（１０２）が回転しているとき、センサ（１１５、１１６）が検出を行って、２個の信号によって計算された角データを出力する。センサ（１１５、１１６）が仮想球体（１０９）の円周にかけて水平方向および垂直方向に分布しているならば、コンピュータユニット（１２３）によって発された信号を使用して、真角データを周辺機器（１２５）に伝送する出力信号を発することで、追跡を取り除いてもよい。（ジャイロスコープの他のすべての部品は、図１に記載された部品と同一であり、図１の符号の前に「１」または「１０」を付して３けた化する。）
【００３０】
図３に示す真角データの伝送は、直列または並列システムによって実施されるであろう。周辺機器（２５、１２５）は、正しいデータ伝送を保証するために、電子伝送システム（２３、１２３）（すなわちコンピュータユニット）を用いて受信されたデータを照合すべきである。
【００３１】
周辺機器（２５、１２５）は、アナログ表示（２００）およびデジタル表示（２０１）による真角の表示ならびに／またはコンピュータ（２０２）による他のコース決定の電子処理を可能にすべきである。
【００３２】
このタイプのデータ伝送は、主電源故障および／またはデータ伝送の中断の後でも、周辺表示装置（２５、１２５）の（すなわちレピータコンパスの）自動調節を可能にするであろう。周辺機器（２５、１２５）が真のデータ角をただちに受信して、このデータを特にアナログ表示装置（２０１）の自動調節に使用してもよい。システムを起動したときにだけ、アナログ表示装置（２０１）をデジタル表示装置（２０２）の数値に調節すればよい。アナログ表示装置（２０１）が適切な走査可能な識別を提供するならば、これを手動的に、あるいは自動的に実施することができる。
【００３３】
このシステムの特別な利点は、ジャイロシステム（１、１０１）の３６０°軸上の真データの収集が、センサ（１１５、１１６）の直接フランジ接続によって実施されるという事実に見ることができる。これは、歯車ユニットを用いずに、明確な真のコース決定を可能にし、主電源故障、機械的調節などの場合に明確な角データをただちに提供する。
【００３４】
特に、周辺機器（２５、１２５）への直列データ伝送が、それを明確かつ真に制御しうるという利点を提供する。
【００３５】
数少ない部品によって高精度のコース角測定が提供され、並列または直列の出力信号が下流側のデジタル電子システム（２０１、２０２）によって容易に処理される。従来技術に従って設計されたセンサ（１１５、１１６）が、ジャイロフロートの直接走査による伝送誤差を含まない真角データを提供する。
【００３６】
例えば３個の軸（ｘ、ｙ、ｚ）について読取りを行う、ジャイロ計器のベース（１１２）に設けられた加速度計と組み合わせて、北向きの水平に調節されたジャイロ負荷が、さらなる水平角データ計算（３軸に基づく）および周辺機器（２５、１２５）への出力を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】角度をジャイロ球体から直接得るものではないジャイロ計器を示す断面図である。
【図２】角度をジャイロ球体から直接得るジャイロ計器を示す断面図である。
【図３】ジャイロ計器から周辺機器への接続を示す接続図である。
【符号の説明】
１ジャイロ計器
２フロート
３電極面
４電極面
５導電帯
６電解液
７電極面
８電極面
９仮想球体
１０玉継手
１２支持体
１３ピボット軸
１４モータ
１５切換え接点
１６切換え接点
１７駆動ディスク
１９ベロー
２０軸
２１走査ディスク
２２真角エンコーダ
２３電気ユニット
２５ジャイロ周辺機器
１０１ジャイロ計器
１０２フロート
１０９仮想球体
１１２ジャイロ計器ベース
１１５センサ
１１６センサ
１２３コンピュータユニット
１２５周辺機器
２０１アナログ表示装置
２０２デジタル表示装置

Claims

車両、好ましくは船舶の絶対的な進路角度を測定するための装置（１）であって、
ジャイロシステム（２）と、
ジャイロシステム（２）を包囲し、実質的に球形のケーシング（９ａ、９ｂ）と、
ケーシング（９ａ、９ｂ）に取り付けられ、ジャイロシステム（２）を走査するための走査装置（１５，１６）と、
ケーシング（９ａ、９ｂ）に連結された追跡装置であって、ジャイロシステム（２）とケーシング（９ａ、９ｂ）との間の相対的な回転運動であり走査装置（１５，１６）による走査によって検出された回転運動に応じて、ケーシング（９ａ、９ｂ）を回転させることにより、ジャイロシステム（２）の移動を追跡する追跡装置（１４、１７）と、
ケーシング（９ａ、９ｂ）が吊るされる自在継手（１０，１０ａ）と、
自在継手（１０，１０ａ）から上方向に延びる軸（２０）と、を含み、
軸（２０）が、追跡装置（１７，１４）の駆動ディスク（１７）の中心を通って上方向に突出し、
エンコーディングディスク（２１）が、軸（２０）の上端でフランジ状に直接取り付けられ、
ケーシング（９ａ、９ｂ）は、絶対的な進路角度を測定するために、電気光学的、電磁的、誘導的又は静電容量的な読み取り装置（２２ａ、２２ｂ）によって読み取られるエンコーディングディスク（２１）と結合された装置（１）。
ジャイロシステム（２）が、垂直軸（１３）の回りを３６０度にわたって回転可能である請求項１記載の装置（１）。
走査装置（１５，１６）による走査によって、ジャイロシステム（２）とケーシング（９ａ、９ｂ）との間の相対的な回転運動に応じた制御信号を生成する信号生成装置を含み、
追跡装置（１４、１７）は、制御信号に応じてケーシング（９ａ、９ｂ）を回転させることによって、ジャイロシステム（２）の移動を追跡する請求項１又は２記載の装置（１）。
車両の絶対的な進路角度を検出するための装置又は評価するための装置（２５）へ、車両の絶対的な進路角度を送るためのシリアル又はパラレル伝送装置（２３）を含む請求項１〜３のいずれか１項記載の装置（１）。
車両の水平角度を検出する検出する装置をさらに含む請求項１〜４のいずれか１項記載の装置（１）。
グレイコードを有するエンコーディングディスク（２１）を含む請求項１〜５のいずれか１項記載の装置（１）。
ケーシング（９ａ、９ｂ）が、可撓性シャフトとして機能する装置（１９）を介して、追跡装置（１７，１４）に直接結合されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の装置（１）。
信号生成装置は、ブリッジ回路を含み、
追跡装置（１４、１７）によってジャイロシステム（２）の移動を追跡することにより、ブリッジ回路は、ゼロへ減少する信号を発する請求項３〜７のいずれか１項記載の装置（１）。
読み取り装置（２２ａ、２２ｂ）からの信号が、デジタル絶対角度情報である請求項１〜８のいずれか１項記載の装置（１）。
ジャイロシステム（２）が、ジャイロ磁気コンパスである請求項１〜９のいずれか１項記載の装置（１）。
読み取り装置（２２ａ、２２ｂ）からのデータを直接記憶するための不揮発性メモリを含む請求項１〜１０のいずれか１項記載の装置（１）。
車両、好ましくは船舶の絶対的な進路角度を測定するための装置（１０１）であって、
ジャイロシステム（１０２）と、
ジャイロシステム（１０２）を包囲し、実質的に球形のケーシング（１０９ａ、１０９ｂ）と、
ケーシング（１０９ａ、１０９ｂ）に取り付けられ、ジャイロシステム（１０２）を走査するための走査装置と、
ケーシング（１０９ａ、１０９ｂ）が吊るされる自在継手（１１０，１１０ａ）と、
自在継手（１１０，１１０ａ）から上方向に延びる軸（１２０）と、を含み、
ジャイロシステム（１０２）の一部に、少なくとも一の情報トラックが配置され、
ジャイロシステム（１０２）を走査をするための走査装置が、前記少なくとも一の情報トラックを読み取るための読み取り装置（１１５，１１６）からなる装置（１０１）。
読み取り装置（１１５，１１６）からの信号が、デジタル絶対角度情報である請求項１２に記載の装置（１０１）。
読み取り装置（１１５，１１６）は、ケーシング（１０９ａ、１０９ｂ）の円周にかけて分布している請求項１２又は１３に記載の装置（１０１）。
読み取り装置（１１５，１１６）は、車両の絶対的な進路角度を検出するための装置又は評価するための装置に直接接続されている請求項１２〜１４のいずれか１項記載の装置（１０１）。
ジャイロシステム（１０２）が、ジャイロ磁気コンパスである請求項１２〜１５のいずれか１項記載の装置（１０１）。
読み取り装置（１１５，１１６）からのデータを直接記憶するための不揮発性メモリを含む請求項１２〜１６のいずれか１項記載の装置（１０１）。
前記少なくとも一の情報トラックは、２つの目盛板（１２４，１２６）を含み、２つの目盛板（１２４，１２６）は、ジャイロシステム（１０２）上で、互いに垂直に配置された請求項１２〜１７のいずれか１項記載の装置（１０１）。
読み取り装置（１１５，１１６）は、２つの目盛板（１２４，１２６）を同時にまたは連続的に読み取る請求項１２〜１８のいずれか１項記載の装置（１０１）。
読み取り装置（１１５，１１６）は、ＣＣＤセンサである請求項１２〜１９のいずれか１項記載の装置（１０１）。
車両の絶対的な進路角度を検出するための装置又は評価するための装置（１２５）へ、車両の絶対的な進路角度を送るためのシリアル又はパラレル伝送装置（１２３）を含む請求項１２〜２０のいずれか１項記載の装置（１０１）。